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【摘 要】功与能的关系问题涉及力学、热学、电磁学等物理知识的交汇和融合，具有较强的综合性，是历届高考必考的考点，也是高中物理学习的重点和难点，对学生清晰的逻辑思维和判断推理能力提出了更高的要求。本文就高中物理教学的重点难点——功能关系进行探究，教会学生学习如何利用功能关系解决物理问题。
【关键词】高中物理 功与能关系 教学探究
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.20.091
物理是一门以实验为基础、具有一套严密系统和方法的基础学科。物理学成为一门系统的学科经过了漫长的发展和成熟过程，创造了我们现代化的科学文明生活，推动了人类文明的进程。物理来源于自然，来源于生活，学好物理有助于培养学生科学的使用思想，养成严谨的学习态度，培养学生用眼睛发现客观事实、动脑筋探索客观规律的能力和创造性思维。高中物理有运动学、力学、电磁学等几个板块，其中，最具有挑战性的就是研究功能关系的问题，在高考中既是重点也是难点，它涉及力学、热学、电磁学等知识的综合和应用，在高中物理教学中有着重要地位，常常以选择题、填空题、压轴大题为主要出题方式，研究的物理过程比较灵活复杂，要求学生能够有较强的逻辑思维能力和物理知识的综合运用能力，这成为很多学生学习上的障碍。如何理解与功能关系相关的物理知识，树立正确科学的思想，掌握恰当的解题方法，是学生学习的关键。
首先，明确功和能的概念以及它们的区别，区分它们产生和作用的对象，区分力的方向和运动的方向。功是能量转化的量度，有多少功就有多少能量参与转化。高中阶段功能关系问题主要有以下几种：
1.重力做功与重力势能的变化关系。重力的功等于物体重力势能的减少量，这个用关系式表达为Wg=Ep1-Ep2=-ΔEp，功是矢量，重力做正功表示能量减少，做负功表示能量的增加。例如，小明将一个10kg的箱子从一楼抬到六楼，人对箱子做了功，由于重力的方向是垂直向下，运动因人对箱子做了负功，它的重力势能增加了。对于能量的增加和减少这一抽象的概念，我们可以这样理解，从定义式来说，W=F×S，有两个必备的要素，力和与这个力方向相同的位移，显然位移越大，做功越多，相应地，转化的能量就越多，小明将箱子从一楼搬到六楼与从一楼搬到七楼转化的能量也不同。从生活经验来说，站在七楼的人比站在六楼的人的重力势能大，因为他走上七楼要消耗更多的能量。
2.弹簧弹力做功与弹性势能的变化关系，表达式是W=Ep1-Ep2=-ΔEp。
3.滑动摩擦力做功与内能的变化关系。将两个相互摩擦的物体看成一个系统，产生热能，但作为一个系统能量守恒，互为作用力与反作用力的一对滑动摩擦力做功等于系统机械能的减少量。例如，设两个物体之间滑动摩擦力为f，则对物体1，摩擦力做功为Wf1=fX1，对物体2，摩擦力做功为Wf2=-fX2，则Wf1+Wf2=f（x1-x2）=fx，这个x是指将两个物体看成一个整体移动的相对距离。
4.合外力做功与动能的变化关系。解题的关键是利用动能定理，它的表达式为W=Ek2-Ek1=ΔEk。
5.重力以外的外力做功与机械能的变化关系。这里涉及能量守恒的原理，重力以外的力做功等于物体机械能的变化量，即W=E2-E1=ΔE。
6.电场力做功与电势能的变化关系。若在电场中带电体从A点移动到B点，则WAB=EpA-EpB=-ΔEp，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式能，克服安培力做多少功就有多少其他形式能转化为电能。
7.感应电流受到的安培力做功与电能的变化关系。通过电磁感应，安培力做功将磁场能转化为电能，学生能使用楞次定律判断感应电流的方向及感应电流作用下导体的运动方向，正确应用左手定则、右手定则和安培定则来判断相关问题。另外还涉及外力克服安培力做功的转化：一部分转化成产生感应电流的电能，一部分增加电导体的动能。
值得注意的是，不论是重力势能还是动能，做正功产生的能量时的减少量，因此我们引入一个概念叫作变化量，变化量是终量减去始量。学生在学习的过程中要注意归纳和整理，发现客观规律，功能关系的表达式W=ΔE。
其次，鼓励学生自己尝试用已习得的知识来揭示生活中的问题。物理是一门实用性的学科，教师要根据教学内容结合学生的实际、社会现实、生活现状开展教学，激发学生对物理学科的热爱。
例如，很多学生喜欢用来唱歌的麦克风，就是应用了电磁感应这一原理制成的，人说话产生频率和响度不相同的波，通过了连着永磁铁的线圈的皮膜的振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生了与声音对应变化的电流输送出去再经过处理后放大。电磁感应就是利用产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用这一规律，要维持感应电流的存在，必须要有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能量转化为电能。
教师作为课堂教学的引导者和推动者，应该采取什么样的措施来改进教学品质，帮助学生克服学习中的重难点，从而激发学生的学习兴趣和创造力呢？
1.因材施教。很多学生无法理解一些重要的物理现象和规律，只有死记硬背，应用起来也十分困难，就会逐渐对物理学习丧失信心。授之以鱼不如授之以渔，教师在教学过程中应当树立正确的教学观念，灵活多样的组织教学内容，在讲解练习题的时候，透过现象看本质，重视物理思想和科学的方法进行传授，并不是为了讲题而讲题，深刻研究练习题中所体现的物理现象的内在联系，教会学生探索发现并科学地使用思想，有逻辑、条理清晰地思考和解决问题。因材施教，教师在课堂教学中应该适当放慢教学进度，保证全体学生都能跟上教师的步伐。对于那些悟性较高、天资聪慧的学生，教师可以积极地给予辅导和提升，增强练习，多多巩固，以求他们更加深刻地理解和掌握物理知识点，开发创造性思维。
2.改善教学方法。创设生动有趣的物理问题情境或者时空情境来激发学生的学习兴趣，例如，教师可以通过计算机辅助教学，鼓励学生参与课堂讨论，开展多种多样的教学活动，让学生身心、情感全面投入到学习中来。给予学生自己思考和提问的时间，充分发挥学生的主体能动性，让学生学会学习，养成独立思考的习惯，培养科学谨慎的学习态度。教师提出一些有挑战性的问题，可以很好地激发学生好奇心，引导学生思考。
功能关系的教学作为高考的重点，也是教学的难点，想让学生更好地掌握这些知识和规律，教师就要改善教学方法，因材施教，激發学生学习的兴趣，多与学生沟通交流，找出教学过程中的障碍，及时改进教学方案，鼓励学生积极思考，从而提高课堂教学质量。
【关键词】高中物理 功与能关系 教学探究
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.20.091
物理是一门以实验为基础、具有一套严密系统和方法的基础学科。物理学成为一门系统的学科经过了漫长的发展和成熟过程，创造了我们现代化的科学文明生活，推动了人类文明的进程。物理来源于自然，来源于生活，学好物理有助于培养学生科学的使用思想，养成严谨的学习态度，培养学生用眼睛发现客观事实、动脑筋探索客观规律的能力和创造性思维。高中物理有运动学、力学、电磁学等几个板块，其中，最具有挑战性的就是研究功能关系的问题，在高考中既是重点也是难点，它涉及力学、热学、电磁学等知识的综合和应用，在高中物理教学中有着重要地位，常常以选择题、填空题、压轴大题为主要出题方式，研究的物理过程比较灵活复杂，要求学生能够有较强的逻辑思维能力和物理知识的综合运用能力，这成为很多学生学习上的障碍。如何理解与功能关系相关的物理知识，树立正确科学的思想，掌握恰当的解题方法，是学生学习的关键。
首先，明确功和能的概念以及它们的区别，区分它们产生和作用的对象，区分力的方向和运动的方向。功是能量转化的量度，有多少功就有多少能量参与转化。高中阶段功能关系问题主要有以下几种：
1.重力做功与重力势能的变化关系。重力的功等于物体重力势能的减少量，这个用关系式表达为Wg=Ep1-Ep2=-ΔEp，功是矢量，重力做正功表示能量减少，做负功表示能量的增加。例如，小明将一个10kg的箱子从一楼抬到六楼，人对箱子做了功，由于重力的方向是垂直向下，运动因人对箱子做了负功，它的重力势能增加了。对于能量的增加和减少这一抽象的概念，我们可以这样理解，从定义式来说，W=F×S，有两个必备的要素，力和与这个力方向相同的位移，显然位移越大，做功越多，相应地，转化的能量就越多，小明将箱子从一楼搬到六楼与从一楼搬到七楼转化的能量也不同。从生活经验来说，站在七楼的人比站在六楼的人的重力势能大，因为他走上七楼要消耗更多的能量。
2.弹簧弹力做功与弹性势能的变化关系，表达式是W=Ep1-Ep2=-ΔEp。
3.滑动摩擦力做功与内能的变化关系。将两个相互摩擦的物体看成一个系统，产生热能，但作为一个系统能量守恒，互为作用力与反作用力的一对滑动摩擦力做功等于系统机械能的减少量。例如，设两个物体之间滑动摩擦力为f，则对物体1，摩擦力做功为Wf1=fX1，对物体2，摩擦力做功为Wf2=-fX2，则Wf1+Wf2=f（x1-x2）=fx，这个x是指将两个物体看成一个整体移动的相对距离。
4.合外力做功与动能的变化关系。解题的关键是利用动能定理，它的表达式为W=Ek2-Ek1=ΔEk。
5.重力以外的外力做功与机械能的变化关系。这里涉及能量守恒的原理，重力以外的力做功等于物体机械能的变化量，即W=E2-E1=ΔE。
6.电场力做功与电势能的变化关系。若在电场中带电体从A点移动到B点，则WAB=EpA-EpB=-ΔEp，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式能，克服安培力做多少功就有多少其他形式能转化为电能。
7.感应电流受到的安培力做功与电能的变化关系。通过电磁感应，安培力做功将磁场能转化为电能，学生能使用楞次定律判断感应电流的方向及感应电流作用下导体的运动方向，正确应用左手定则、右手定则和安培定则来判断相关问题。另外还涉及外力克服安培力做功的转化：一部分转化成产生感应电流的电能，一部分增加电导体的动能。
值得注意的是，不论是重力势能还是动能，做正功产生的能量时的减少量，因此我们引入一个概念叫作变化量，变化量是终量减去始量。学生在学习的过程中要注意归纳和整理，发现客观规律，功能关系的表达式W=ΔE。
其次，鼓励学生自己尝试用已习得的知识来揭示生活中的问题。物理是一门实用性的学科，教师要根据教学内容结合学生的实际、社会现实、生活现状开展教学，激发学生对物理学科的热爱。
例如，很多学生喜欢用来唱歌的麦克风，就是应用了电磁感应这一原理制成的，人说话产生频率和响度不相同的波，通过了连着永磁铁的线圈的皮膜的振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生了与声音对应变化的电流输送出去再经过处理后放大。电磁感应就是利用产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用这一规律，要维持感应电流的存在，必须要有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能量转化为电能。
教师作为课堂教学的引导者和推动者，应该采取什么样的措施来改进教学品质，帮助学生克服学习中的重难点，从而激发学生的学习兴趣和创造力呢？
1.因材施教。很多学生无法理解一些重要的物理现象和规律，只有死记硬背，应用起来也十分困难，就会逐渐对物理学习丧失信心。授之以鱼不如授之以渔，教师在教学过程中应当树立正确的教学观念，灵活多样的组织教学内容，在讲解练习题的时候，透过现象看本质，重视物理思想和科学的方法进行传授，并不是为了讲题而讲题，深刻研究练习题中所体现的物理现象的内在联系，教会学生探索发现并科学地使用思想，有逻辑、条理清晰地思考和解决问题。因材施教，教师在课堂教学中应该适当放慢教学进度，保证全体学生都能跟上教师的步伐。对于那些悟性较高、天资聪慧的学生，教师可以积极地给予辅导和提升，增强练习，多多巩固，以求他们更加深刻地理解和掌握物理知识点，开发创造性思维。
2.改善教学方法。创设生动有趣的物理问题情境或者时空情境来激发学生的学习兴趣，例如，教师可以通过计算机辅助教学，鼓励学生参与课堂讨论，开展多种多样的教学活动，让学生身心、情感全面投入到学习中来。给予学生自己思考和提问的时间，充分发挥学生的主体能动性，让学生学会学习，养成独立思考的习惯，培养科学谨慎的学习态度。教师提出一些有挑战性的问题，可以很好地激发学生好奇心，引导学生思考。
功能关系的教学作为高考的重点，也是教学的难点，想让学生更好地掌握这些知识和规律，教师就要改善教学方法，因材施教，激發学生学习的兴趣，多与学生沟通交流，找出教学过程中的障碍，及时改进教学方案，鼓励学生积极思考，从而提高课堂教学质量。